第4章 光 章末素养能力提升（分层评价）（Word版）-【未来密码】2026-2027学年高中物理选择性必修第一册关键能力提升同步学案（人教版）

**基本信息** 聚焦光现象模块，以基础概念辨析为起点，通过实验探究与综合计算构建从现象到规律的认知链条，强化物理观念与科学思维。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |基础巩固|8题|概念辨析题|从光的干涉、偏振到折射定律，构建波动光学认知框架| |综合运用|4题|实验操作与多过程计算题|结合双缝干涉实验、热膨胀干涉，实现原理到应用的迁移| |拓广探索|1题|材料光学性质探究题|通过光导纤维模型，深化全反射条件与折射率的关联应用|

章末素养能力提升 基础巩固 1. 在演示双缝干涉的实验时, 常用激光做光源, 这主要是应用激光的 ( ) A. 亮度高 B. 平行性好 C. 相干性好 D. 波动性好 2. 在“测定玻璃的折射率”实验中, 对一块两面平行的玻璃砖, 用插针法找出与入射光线对应的出射光线, 现在有四位同学分别做出如图所示的四组插针结果. 从图中可以看出, 测量结果准确度最高的是 ( ) 3. 关于光的偏振现象，下列说法正确的是( ) A. 光的偏振现象说明光是纵波 B. 拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使影像更清晰 C. 一束自然光通过某偏振片时, 只有振动方向与该偏振片透振方向垂直的光波才能通过 D. 一束自然光入射到两种介质的分界面上, 只有当反射光线与折射光线之间夹角恰好是 时,反射光是偏振光 4. 如图所示, 为了装点夜景, 在喷水池水下安装一点光源 ,能向各个方向同时发出红、黄、 蓝三种不同颜色的光, 在水面上形成三个圆形区域(俯视图)，虚线为分界线. 关于外侧两个区域单色光分布情况正确的是 ( ) 第 4 题 A. B. C. D. 5. 如图所示为“水流导光”实验装置. 长直开口透明塑料瓶内装有适量清水，在其底侧开一小孔，水从小孔流出形成弯曲不散开的水流， 用细激光束透过塑料瓶水平射向该小孔，观察到激光束没有完全被限制在水流内传播, 下列操作有助于激光束完全被限制在水流内传播的是 ( ) 第 5 题 A. 增大该激光的强度 B. 向瓶内再加适量清水 C. 改用频率更低的激光 D. 改用折射率更小的液体 6. 以下四幅图片:图甲是单色光的衍射图样；图乙是双缝干涉示意图；图丙是两束单色光 、 b 射向水面 点，经折射后组成一束复色光； 图丁是自然光通过偏振片 、 的实验结果， 右边是光屏，当 固定不动缓慢转动 时， 光屏上的光亮度将明暗交替变化. 下列说法正确的是 ( ) 第 6 题 A. 图甲中, 中央条纹特别宽特别亮, 两侧的亮纹比较窄比较暗 B. 图乙中, 若只增大屏到挡板间距离, 两相邻亮条纹间距离将减小 C. 图丙中，以水下某一点为光源向水面发射复色光，a 光更容易发生全反射 D. 图丁中，这种现象表明光是纵波 7. 某同学利用盐水溶液进行光学实验，当底层浓盐水向上扩散时, 其折射率随高度增加而逐渐减小. 此时下列四个选项中, 单色光在盐水中的光路图可能正确的是 ( ) A.B. C.D. 8. 发出白光的细线光源 ,长度为 ,竖直放置,上端 恰好在水面以下,如图所示. 现考虑线光源 发出的靠近水面法线(图中的虚线)的细光束经水面折射后所成的像，由于水对光有色散作用，若以 表示红光成的像的长度， 表示蓝光成的像的长度，则( ) 第 8 题 A. B. C. D. 综合运用 9. 如图所示,真空中有一个半径为 、质量均匀分布的玻璃球,由 两种单色光组成的复合光束射入该玻璃球，当入射角 等于 时，其折射光束和出射光束如图所示. 已知 a 光束第一次射出此玻璃球后的出射光束相对复合光束的偏转角也为 为真空中的光速, 则下列说法正确的是 ( ) 第 9 题 A. a 光穿越玻璃的时间为 B. 用同一装置分别进行双缝干涉实验时, b 光的亮条纹间距比 a 光大些 C. a、b 光从真空进入玻璃球，其频率将变小 D. 适当增大入射角 光束都可能发生全反射 10. 在研究 A 物体材料的热膨胀特性时, 可采用如图所示的干涉实验法, A 的上表面是一光滑平面,在 的上方放一个两面平行的玻璃板 B，B 与 A 的上表面平行，在它们之间形成一厚度均匀的空气薄膜. 现用波长为 的单色光垂直照射玻璃板 ,同时给 缓慢加热, 在 的上方观察到 板的亮度发生周期性变化. 当温度为 时最亮,然后亮度逐渐减弱至最暗; 当温度升到 时,亮度再一次增到最亮, 则 ( ) 第 10 题 A. 出现最亮时，B 上表面反射光与 下表面反射光叠加后加强 B. 出现最暗时，B 下表面反射光与 A 上表面反射光叠加后加强 C. 温度从 升至 过程中， 的高度增加 D. 温度从 升至 过程中, 的高度增加 11. 隐身技术中要用到一种负折射率材料, 光在通过这种介质时, 折射光线与入射光线分布在法线的同一侧,折射角取负值,折射率也取负值,折射率的公式为 分别是入射光线、折射光线与法线的夹角). 如图所示, 在真空中放置两个完全相同的负折射率材料制作的直角三棱镜 A、B，顶角 为 ，A、B 两棱镜斜面相互平行放置，两斜面间的距离为 . 一束同种频率的激光，从 棱镜上的 点垂直入射，它在棱镜中的折射率为 ，在 棱镜下方有一平行于下表面的光屏. 光通过两棱镜后， 打在光屏上的点到 点为 点在光屏上的投影)的距离为 ( ) 第 11 题 A. 0 B. C. D. 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 12. 在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中, 如图甲所示将双缝干涉仪按要求安装在光具座上. 从仪器注明的规格可知: 双缝屏的缝间距为 ,像屏与双缝屏间的距离为 . 然后,接通电源使光源正常工作. 第 12 题 (1)在实际操作中，通常会通过测量 个间距取平均值的方法来减小测量误差. 已知实验所用的测量头使用 50 分度的游标卡尺.某同学在成功观察到干涉图像后, 开始进行数据记录, 总共测量了 7 个相邻亮条纹间的距离，初位置游标卡尺的读数为 ，末位置游标卡尺的示数如图乙所示，其读数为_____mm. 第 12 题 (2)已知该装置中双缝间距 ，双缝到光屏的距离 ，由以上所测数据可以得出形成此干涉图样的单色光的波长为_____m (保留 1 位有效数字). (3)若将该实验装置全部浸入某种绝缘透明均匀介质中做相同的实验时, 发现两相邻亮条纹中央之间的距离变为原来的一半, 则该透明介质的折射率为_____(已知空气的折射率为 ). (4)在写实验报告时，实验要求学生将目镜中所观察到的现象描绘出来，小明和小华分别画了移动目镜时所观察到的初、 末两个视场区，如图丙所示，你觉得 (选填“小明”或“小华”)的图像存在造假现象. 第 12 题 拓广探索 13. 为了研究某种透明新材料的光学性质, 将其压制成长为 的细圆柱棒,如图甲所示. 让一束平行激光从圆柱棒的一个底面垂直射入，历时 在另一端接收到该光束，已知光在真空中的速度为 . 现将这种新材料制成一根半径 的光导纤维束, 弯成半圆形并暴露于空气中 (假设空气中的折射率与真空相同), 半圆形外半径为 ,如图乙所示. 第 13 题 (1)求这种新材料的折射率 . (2)用同种激光垂直于光导纤维的端面 射入,若该束激光恰好不从光导纤维的侧面外泄,求半圆形的半径 . 学科网（北京）股份有限公司 $ 章末素养能力提升 基础巩固 1. 在演示双缝干涉的实验时, 常用激光做光源, 这主要是应用激光的 ( ) A. 亮度高 B. 平行性好 C. 相干性好 D. 波动性好 【答案】C 【解析】在做双缝干涉实验时, 常用激光光源, 这主要是应用激光的相干性好以及单色性好, 容易发生干涉现象, C 正确.故选 C. 1. 在“测定玻璃的折射率”实验中, 对一块两面平行的玻璃砖, 用插针法找出与入射光线对应的出射光线, 现在有四位同学分别做出如图所示的四组插针结果. 从图中可以看出, 测量结果准确度最高的是 ( ) 【答案】 D 【解析】根据折射定律 ,由几何知识可知,光线在上表面的折射角小于入射角, 光线在上表面的折射角等于下表面的入射角，根据光路可逆性原理可知，入射光线与法线的夹角跟出射光线与法线的夹角相等，所以出射光线与入射光线平些D. 第 2 题答图 3. 关于光的偏振现象，下列说法正确的是( ) A. 光的偏振现象说明光是纵波 B. 拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使影像更清晰 C. 一束自然光通过某偏振片时, 只有振动方向与该偏振片透振方向垂直的光波才能通过 D. 一束自然光入射到两种介质的分界面上, 只有当反射光线与折射光线之间夹角恰好是 时,反射光是偏振光 第 2 题答图 【答案】 B 【解析】光的偏振现象说明光是横波, A 错误; 拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景象更清晰，这是利用光的偏振现象，B 正确；只有振动方向和透振方向互相平行的光才能通过偏振片，C 错误；一束自然光入射到两种介质的表面时, 反射光一定是偏振光, 与反射光和折射光之间的夹角是否等于 无关, D 错误. 故选 B. 4. 如图所示, 为了装点夜景, 在喷水池水下安装一点光源 ,能向各个方向同时发出红、黄、蓝三种不同颜色的光, 在水面上形成三个圆形区域(俯视图)，虚线为分界线. 关于外侧两个区域单色光分布情况正确的是 ( ) 第 4 题 A. B. C. D. 【答案】 【解析】根据 ,由于蓝光的折射率最大,故其临界角最小; 红光的折射率最小, 故其临界角最大. 当出射角小于蓝光临界角时, 红光、黄光、蓝光均能射出, 即为最内侧圆的部分; 当出射角再增大到介于蓝光和黄光临界角之间时, 蓝光因全反射无法射出, 只剩红光和黄光, 即为中间圆环部分; 当出射角介于黄光和红光临界角之间时, 黄、蓝光均被全反射, 只剩红光, 即为最外侧圆环部分; 超过红光临界角后, 所有光均被全反射. 故选 A. 5. 如图所示为“水流导光”实验装置. 长直开口透明塑料瓶内装有适量清水，在其底侧开一小孔，水从小孔流出形成弯曲不散开的水流， 用细激光束透过塑料瓶水平射向该小孔，观察到激光束没有完全被限制在水流内传播, 下列操作有助于激光束完全被限制在水流内传播的是 ( ) 第 5 题 A. 增大该激光的强度 B. 向瓶内再加适量清水 C. 改用频率更低的激光 D. 改用折射率更小的液体 【答案】 B 【解析】当增大激光的强度时, 不会改变光在水流中的入射角, 光在水流中仍不会发生全反射, A 错误; 当向瓶内加一些清水，则从孔中射出的水流速度会变大，水流轨迹会变得平直，激光在水和空气界面处的入射角会变大，则会有大部分光在界面处发生全反射，这种现象相当于光导纤维的导光现象, B 正确; 若改用频率更低的激光或者折射率更小的液体，只能增大临界角，光从水中射向空气的入射角仍小于临界角, 出现折射现象, C、D 错误. 故选 B. 6. 以下四幅图片:图甲是单色光的衍射图样；图乙是双缝干涉示意图；图丙是两束单色光 、 b 射向水面 点，经折射后组成一束复色光； 图丁是自然光通过偏振片 、 的实验结果， 右边是光屏，当 固定不动缓慢转动 时， 光屏上的光亮度将明暗交替变化. 下列说法正确的是 ( ) 第 6 题 A. 图甲中, 中央条纹特别宽特别亮, 两侧的亮纹比较窄比较暗 B. 图乙中, 若只增大屏到挡板间距离, 两相邻亮条纹间距离将减小 C. 图丙中，以水下某一点为光源向水面发射复色光，a 光更容易发生全反射 D. 图丁中，这种现象表明光是纵波 【答案】 A 【解析】图甲是单色光的衍射图样, 中央条纹特别宽特别亮,两侧的亮纹比较窄比较暗, A 正确; 图乙是双缝干涉示意图,由 可知只增大屏到挡板间距离,两相邻亮条纹间距离将增大, 错误; 由 可知, 光的折射率小, 光的折射率大,由 可知 光的临界角较小,以水下某一点为光源向水面发射复色光, b光更容易发生全反射, C 错误; 图丁是光的偏振现象, 这种现象表明光是横波, D 错误. 故选 A. 7. 某同学利用盐水溶液进行光学实验，当底层浓盐水向上扩散时, 其折射率随高度增加而逐渐减小. 此时下列四个选项中, 单色光在盐水中的光路图可能正确的是 ( ) A.B. C.D. 【答案】B 【解析】光在不同介质中传播时, 会发生折射现象. 因为当底层浓盐水向上扩散时, 其折射率随高度增加而逐渐减小, 所以盐水从上到下折射率逐渐增大. 根据折射定律可知, 当光从折射率小的介质进入折射率大的介质时, 折射光线会越来越靠近法线. 故选 B. 8. 发出白光的细线光源 ,长度为 ,竖直放置,上端 恰好在水面以下,如图所示. 现考虑线光源 发出的靠近水面法线(图中的虚线)的细光束经水面折射后所成的像，由于水对光有色散作用，若以 表示红光成的像的长度， 表示蓝光成的像的长度，则( ) 第 8 题 A. B. C. D. 【答案】D 【解析】作出光路图如图所示, 由于蓝光折射率比红光折射率大,则同一点发出的光在水面发生折射,蓝光比红光偏折角大,所以沿反向延长线所成虚像的长度比较小,则 , D 正确.故选 D. 第 8 题答图 综合运用 9. 如图所示,真空中有一个半径为 、质量均匀分布的玻璃球,由 两种单色光组成的复合光束射入该玻璃球，当入射角 等于 时，其折射光束和出射光束如图所示. 已知 a 光束第一次射出此玻璃球后的出射光束相对复合光束的偏转角也为 为真空中的光速, 则下列说法正确的是 ( ) 第 9 题 A. a 光穿越玻璃的时间为 B. 用同一装置分别进行双缝干涉实验时, b 光的亮条纹间距比 a 光大些 C. a、b 光从真空进入玻璃球，其频率将变小 D. 适当增大入射角 光束都可能发生全反射 【答案】 A 【解析】a 光入射角为 ,折射角为 ,则玻璃球对 a 光的折射率为 ,光在玻璃球中的传播速度 ,由几何关系可得光在玻璃球中传播的距离为 光穿越玻璃的时间 ,联立解得 , A 正确; 根据光路图可知 光的偏折程度大于 光的偏折程度, 光的折射率大于 光的折射率,则 光的频率高,波长短,由 ,可知 光的干涉条纹间距小些, 错误; 光的频率由光源决定,与介质无关,则 光从真空进入玻璃球, 其频率不变, C 错误; 由于光线射到玻璃球内表面时, 入射角等于光线进入玻璃球时的折射角, 根据光路可逆性可知, 不可能发生全反射, D 错误. 故选 A. 10. 在研究 A 物体材料的热膨胀特性时, 可采用如图所示的干涉实验法, A 的上表面是一光滑平面,在 的上方放一个两面平行的玻璃板 B，B 与 A 的上表面平行，在它们之间形成一厚度均匀的空气薄膜. 现用波长为 的单色光垂直照射玻璃板 ,同时给 缓慢加热, 在 的上方观察到 板的亮度发生周期性变化. 当温度为 时最亮,然后亮度逐渐减弱至最暗; 当温度升到 时,亮度再一次增到最亮, 则 ( ) 第 10 题 A. 出现最亮时，B 上表面反射光与 下表面反射光叠加后加强 B. 出现最暗时，B 下表面反射光与 A 上表面反射光叠加后加强 C. 温度从 升至 过程中， 的高度增加 D. 温度从 升至 过程中, 的高度增加 【答案】D 【解析】出现最亮时, B 下表面反射光与 A 上表面反射光发生干涉, 叠加后加强, A 错误; 出现最暗时, B 下表面反射光与 A 上表面反射光发生干涉, 叠加后减弱, B 错误; 温度从 升到 的过程中,亮度由最亮又变到最亮,即路程差减小 ,则 的高度增加 , 错误, 正确. 故选 . 11. 隐身技术中要用到一种负折射率材料, 光在通过这种介质时, 折射光线与入射光线分布在法线的同一侧,折射角取负值,折射率也取负值,折射率的公式为 分别是入射光线、折射光线与法线的夹角). 如图所示, 在真空中放置两个完全相同的负折射率材料制作的直角三棱镜 A、B，顶角 为 ，A、B 两棱镜斜面相互平行放置，两斜面间的距离为 . 一束同种频率的激光，从 棱镜上的 点垂直入射，它在棱镜中的折射率为 ，在 棱镜下方有一平行于下表面的光屏. 光通过两棱镜后， 打在光屏上的点到 点为 点在光屏上的投影)的距离为 ( ) 第 11 题 A. 0 B. C. D. 【答案】 【解析】顶角为 ,由几何关系可得 ,根据折射率的公式 和激光在棱镜中的折射率为 ,可得 ,则 ,画出光路图如图所示, 由几何关系可知, 光通过两棱镜后, 打在光屏上的点到 的距离为 . 故选 D. 第 11 题答图 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 12. 在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中, 如图甲所示将双缝干涉仪按要求安装在光具座上. 从仪器注明的规格可知: 双缝屏的缝间距为 ,像屏与双缝屏间的距离为 . 然后,接通电源使光源正常工作. 第 12 题 (1)在实际操作中，通常会通过测量 个间距取平均值的方法来减小测量误差. 已知实验所用的测量头使用 50 分度的游标卡尺.某同学在成功观察到干涉图像后, 开始进行数据记录, 总共测量了 7 个相邻亮条纹间的距离，初位置游标卡尺的读数为 ，末位置游标卡尺的示数如图乙所示，其读数为_____mm. 第 12 题 (2)已知该装置中双缝间距 ，双缝到光屏的距离 ，由以上所测数据可以得出形成此干涉图样的单色光的波长为_____m (保留 1 位有效数字). (3)若将该实验装置全部浸入某种绝缘透明均匀介质中做相同的实验时, 发现两相邻亮条纹中央之间的距离变为原来的一半, 则该透明介质的折射率为_____(已知空气的折射率为 ). (4)在写实验报告时，实验要求学生将目镜中所观察到的现象描绘出来，小明和小华分别画了移动目镜时所观察到的初、 末两个视场区，如图丙所示，你觉得 (选填“小明”或“小华”)的图像存在造假现象. 第 12 题 【答案】(1)10.52 (2) 6 (3) (4)小明 【解析】(1) 读数为 . (2)两个相邻亮条纹间距为 ,由 ,可得 . ( 3 )由 ,可得 ,又光从一种介质进入到另一种介质时, 频率不变, 所以将该实验装置全部浸入到某种绝缘透明均匀介质中做相同的实验,两相邻亮条纹中央之间的距离变为原来的一半时, 也变为原来的一半,由 , 变为原来的两倍,即 . (4) 实验中移动目镜时,分划板中心刻度线不应移动，则小明的图像存在造假现象. 拓广探索 13. 为了研究某种透明新材料的光学性质, 将其压制成长为 的细圆柱棒,如图甲所示. 让一束平行激光从圆柱棒的一个底面垂直射入，历时 在另一端接收到该光束，已知光在真空中的速度为 . 现将这种新材料制成一根半径 的光导纤维束, 弯成半圆形并暴露于空气中 (假设空气中的折射率与真空相同), 半圆形外半径为 ,如图乙所示. 第 13 题 (1)求这种新材料的折射率 . (2)用同种激光垂直于光导纤维的端面 射入,若该束激光恰好不从光导纤维的侧面外泄,求半圆形的半径 . 【答案】 ( 1 )1.25 ( 2 )100 mm 【解析】( 1 )光在细圆柱棒中传输， 有 ,解得传播速度为 ,材料的折射率为 ,解得 . (2) 当入射光线越接近 点时,则光在光纤中的入射角越大, 就越容易发生全反射, 因此激光不从光导纤维束侧面外泄的临界条件是入射光在光导纤维束内侧面发生全反射，临界光路图如图所示，根据几何关系可得 ,又因为 ,联立解得 100 mm. 第 13 题答图 学科网（北京）股份有限公司 $